[Journal Club] Production d’hydrogène : premier modèle reproduisant l’activité centrée sur le nickel de l’hydrogénase [NiFe]

L’utilisation de nouvelles sources d’énergie propres représente un objectif majeur pour nos sociétés modernes dont les besoins en énergie augmentent constamment. La mise au point de procédés pour la production d’hydrogène via des ressources renouvelables tels que l’eau ou l’énergie solaire représente une solution séduisante. Cependant, les coûts de production restent élevés, notamment à cause de l’utilisation du platine, peu abondant, et cher, comme catalyseur dans les systèmes d’électrolyse à membrane. Trouver de nouveaux catalyseurs dont le coût et la disponibilité permettent un développement industriel à grande échelle constitue donc un enjeu majeur. Or, dans la nature, les hydrogénases [NiFe] sont capables de catalyser la production d’hydrogène de manière efficace et dans des conditions douces, tout en utilisant des métaux aussi abondants que le nickel ou le fer.

En reproduisant au sein d’une molécule de synthèse, les éléments clefs du site actif de ces enzymes, on peut alors, via une démarche dite bio-inspirée, développer de nouveaux catalyseurs à base de métaux non-nobles. Cependant, les modèles biomimétiques nickel-fer décrits jusqu’alors ne reproduisent pas la réactivité centrée sur l’ion nickel de ces enzymes et affichent des performances modestes.

C’est dans ce contexte que des chercheurs grenoblois du Département de chimie moléculaire (CNRS, Université Grenoble Alpes) et du Laboratoire de chimie et biologie des métaux (CNRS, Université Grenoble Alpes, CEA) en collaboration avec l’Institut des sciences moléculaires de Marseille (CNRS, AMU), le laboratoire SyMMES de Grenoble (CEA, Université Grenoble Alpes) et l’Université de Göttingen en Allemagne ont exploité un ligand bipyridine-dithiolate pour développer un modèle structural et fonctionnel dont la réactivité est centrée sur le centre nickel. Ceci est attesté par la détection de deux intermédiaires impliqués dans le cycle catalytique de production d’hydrogène qui reproduisent les caractéristiques structurales et électroniques de deux états (Ni-L et Ni-R) du cycle enzymatique. La vitesse de production d’hydrogène catalysée par ce composé original montre sans ambiguïté la mise en synergie des ions nickel et fer pour la production d’hydrogène. En effet, le complexe mononucléaire de nickel est 10 fois moins actif et le complexe mononucléaire de fer ne présente pas d’activité. Une évaluation comparée des performances du nouveau catalyseur nickel-fer révèle que celles-ci surpassent largement celles des autres modèles biomimétiques dinucléaires.

Ce travail ouvre de nouvelles perspectives dans le développement de structures mimant de façon efficace l’activité des hydrogénases [NiFe].

Ces travaux de recherche ont été financés par le labex ARCANE.

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Premier modèle dont l’activité catalytique est centrée sur le nickel de l’hydrogénase [NiFe].

Référence: http://www.nature.com/nchem/journal/vaop/ncurrent/full/nchem.2575.html

 

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